CN114716242A - 一种x8r型多层陶瓷电容器瓷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料及其制备方法，属于电子元器件的陶瓷材料领域。X8R型多层陶瓷电容器瓷料包括0.9BaTiO3‑0.1Na0.5Bi0.5TiO3的主成分和包括Bi2O3、MgO、R1的氧化物和R2的氧化物的添加剂，R1和R2选自不同的稀土元素。通过限制各添加剂的成分和含量，使得获得的X8R型陶瓷电容器瓷料具有宽的温度稳定性范围、低的介电损耗。上述X8R型陶瓷电容器瓷料的制备工艺简单，可利用传统固相法进行中温烧结，以降低生产成本和加快产业化发展。

Description

一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料及其制备方法
技术领域
本申请涉及电子元器件的陶瓷材料领域，具体而言，涉及一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料及其制备方法。
背景技术
多层陶瓷电容器(MLCC)是当今电子系统中一类重要电子元器件，主要用于诸如手机、电脑等民用电子设备以及石油勘探、航空航天或军工领域中。
多层陶瓷电容器的研究主要是开发性能优异的电容器介质材料。目前广泛应用的MLCC电介质陶瓷的研究体系主要包括3类，即铅基复合钙钛矿体系、钨青铜结构体系、钛酸钡体系。其中，BaTiO3基X7R(-55℃～+125℃，ΔC/C25℃≤±15％)型MLCC材料的配方及制备工艺已经十分成熟，该型MLCC材料己成功商业化并得到广泛应用。
然而，在航空航天、汽车工业、军用移动通讯等特殊领域中，要求MLCC的工作温度上限提高到至150℃或以上，而X7R型MLCC的工作温度范围为-55～+125℃，难以满足这些领域的实际应用需求，因此亟需开发出具有更高温度上限的MLCC用介质材料。
发明内容
基于上述的不足，本申请提供了一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料及其制备方法，以部分或全部地改善、甚至解决相关技术中介电陶瓷材料的温度稳定性范围窄，介电损耗高的问题。
本申请的上述技术问题是通过下述技术方案得以实现的：
在第一方面，本申请的示例提供了一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料，包括主成分和添加剂，主成分为0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3，添加剂包括Bi2O3、MgO、R1的氧化物和R2的氧化物；R1和R2选自不同的稀土元素；
其中，Bi2O3与主成分的摩尔比值为0.01～0.03，MgO与主成分的摩尔比值为0.01～0.025，R1的氧化物与主成分的摩尔比值为0.005～0.02，R2的氧化物与主成分的摩尔比值为0～0.02。
在上述实现过程中，本申请提供了一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料，包括0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3的主成分。Na0.5Bi0.5TiO3是一种无铅压电材料，具有高的居里温度(Tc＝320℃)，且具有与BaTiO3类似的钙钛矿结构。以Na0.5Bi0.5TiO3作为BaTiO3陶瓷材料的改性剂，使获得的BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3体系陶瓷材料表现出一定的介电弥散性，使介电峰得到展宽，且将体系的高温居里峰右移，提高了使用温度上限，使其具有高温稳定性。
并且，通过添加特定含量和成分的添加剂，能够进一步提高X8R型多层陶瓷电容器瓷料的介电常数、提高温度上限。其中，将Bi2O3与主成分的摩尔比值的范围限制为0.01～0.03，能够提高钛酸钡基陶瓷的介电常数，同时展宽低温区的介电常数-温度特性曲线；将MgO与主成分的摩尔比值的范围限制为0.01～0.025，掺杂Mg2+受主离子可抑制钛酸钡基介质材料中Ti4+的变价，从而保证电介质具有良好的绝缘特性。将R1的氧化物与主成分的摩尔比范围限制为0.005～0.02，将R2的氧化物与主成分的摩尔比范围限制为0～0.02，设置一种或两种稀土元素的氧化物，以对钛酸钡陶瓷中的受主掺杂进行补偿，利于维持电中性，提高体系的绝缘电阻，并在烧结过程中抑制晶粒长大提高烧结致密性，从而降低介质损耗。
通过限制主成分和添加剂的成分及含量，使获得的X8R型多层陶瓷电容器瓷料能够符合EIA X8R标准(-55～150℃，△C/C25℃≤15％)的要求，且室温介电损耗低于2％。
结合第一方面，在本申请第一方面的第一种可能的实施方式中，R1的氧化物包括Eu、Dy、Gd、Ho和Y中的一种或几种稀土族元素的氧化物。
在上述实现过程中，通过添加特定含量的Eu、Dy、Gd、Ho和Y中的一种或几种稀土族元素的氧化物，能够很好的对钛酸钡陶瓷中的受主掺杂进行补偿。
结合第一方面，在本申请第一方面的第二种可能的实施方式中，R2的氧化物包括Nd、Pr和Sm中的一种或几种稀土族元素的氧化物。
在上述实现过程中，通过添加特定含量的Nd、Pr和Sm中的一种或几种稀土族元素的氧化物，有利于维持电中性，提高体系的绝缘电阻，并在烧结过程中抑制晶粒长大提高烧结致密性，从而降低介质损耗。
结合第一方面，在本申请第一方面的第三种可能的实施方式中，Bi2O3与主成分的摩尔比值为0.025～0.03，MgO与主成分的摩尔比值为0.01～0.015，R1的氧化物与主成分的摩尔比值为0.005～0.015。
在上述实现过程中，将Bi2O3与主成分的摩尔比值进一步限制为0.025～0.03，通过适当增加Bi2O3的掺杂量，可以进一步提高体系的常温介电常数(与Bi2O3与主成分的摩尔比值为0.01～0.02相比，添加与主成分的摩尔比值为0.025～0.03的Bi2O3获得的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的常温介电常数更高)。
并且，与MgO的添加含量与主成分的摩尔比值为0.01～0.025相比，添加与主成分的摩尔比值为0.01～0.015(通过适当减少MgO的含量)的MgO获得的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的常温介电常数更高、温度稳定性范围更宽，使电介质具有良好的绝缘特性。
除此之外，与R1的氧化物的添加含量与主成分的摩尔比值为0.005～0.02相比，添加与主成分的摩尔比值为0.005～0.015的R1的氧化物(通过适当降低R1的氧化物的含量)获得的X8R型多层陶瓷电容器瓷料，以避免X8R型多层陶瓷电容器瓷料中生成R1的第二相，进而提高X8R型多层陶瓷电容器瓷料的常温介电常数、降低介电损耗。
在第二方面，本申请的示例提供了一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料的制备方法，制备方法包括：
获得待烧结坯体，待烧结坯体包括按照摩尔比称取的主成分和添加剂；
烧结步骤：将待烧结坯体放置于预设温度下烧结预设时间；预设温度的范围为1160～1200℃，预设时间的范围为2～3h。
在上述实现过程中，将含有特定比例的主成分和添加剂的待烧结坯体放置于1160～1200℃温度范围的条件下进行烧结，限制烧结过程中的温度，在促进烧结的同时还能避免添加剂扩散取代反应过度，破坏了“芯-壳”结构，以获得符合EIA X8R标准(-55～150℃，△C/C25℃≤15％)、且室温介电损耗低于2％的X8R型多层陶瓷电容器瓷料。通该方法操作简单，有利于工业化生产。
结合第二方面，在本申请第二方面的第一种可能的实施方式中，主成分的制备方法包括：
按照1：1：4的摩尔比称取Bi2O3粉体、Na2CO3粉体和TiO2粉体，球磨制得第一混合粉体；将第一混合粉体放置于800～1000℃的温度下烧结2～3h，获得Na0.5Bi0.5TiO3粉体；
按照9：1的摩尔比称取BaTiO3粉体和Na0.5Bi0.5TiO3粉体，球磨制得第二混合粉体；将第二混合粉体放置于900～1000℃的温度下烧结2～3h，获得0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体。
在上述实现过程中，利用易于获得的Bi2O3粉体、Na2CO3粉体和TiO2粉体制得第一混合粉体，然后将第一混合粉体放置于800～1000℃的温度下烧结2～3h，能够获得Na0.5Bi0.5TiO3粉体，以便于进一步利用Na0.5Bi0.5TiO3粉体和BaTiO3粉体烧结获得0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体。上述制备方法简单，原料易于获得，以便于X8R型多层陶瓷电容器瓷料的工业化生产。
并且，对第一混合粉体和第二混合粉体进行球磨，能够使得混合粉体中的原料混合更加均匀，有助于获得更加均匀的Na0.5Bi0.5TiO3粉体和0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体，进而使制备获得的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的性能更加稳定。
结合第二方面，在本申请第二方面的第二种可能的实施方式中，待烧结坯体的制备方法包括：
对按照摩尔比称取的主成分和添加剂依次进行球磨和造粒，制备得第三混合粉体；对第三混合粉体进行压制，制得待烧结坯体。
在上述实现过程中，对具有特定含量比例的主成分和添加剂的原料进行球磨，能够使得添加剂粉体与主成分粉体混合更加均匀，减小粉体粒径，适当改变粉体颗粒的表面活性，以便于提高烧结体的致密性和均匀性。对造粒后的第三混合粉体进行压制，以获得具有特定形状的预压坯体。通过预压，能够使得混合均匀的各种粉体在烧结过程中保持相对均匀，粉体之间存在一定压力，颗粒间的接触更加紧密，质点的迁移距离较短，且减少了孔洞，能够促进致密化进程，获得致密度高的具有一定形状的X8R型多层陶瓷电容器瓷料块体，以便于X8R型多层陶瓷电容器瓷料的储存与使用。
结合第二方面，在本申请第二方面的第三种可能的实施方式中，烧结步骤还包括排胶处理：
将待烧结坯体放置于600～800℃温度下保温2～3h，然后在预设温度下烧结所述预设时间。
在上述实现过程中，待烧结坯体中往往会加入较多的有机黏合剂或造粒剂等，烧结时会有大量的有机物熔融、分解、挥发，会导致坯体变形、开裂，同时有机物含碳量多，当氧气不足形成还原气氛时，会影响烧结质量。因此，在待烧结坯体烧成前将其中的有机物排除干净，可以保证产品的形状、尺寸和质量的要求。
结合第二方面，在本申请第二方面的第四种可能的实施方式中，烧结步骤中，将待烧结坯体以3～5℃/min的升温速率加热至预设温度。
在上述实现过程中，将待烧结坯体以3～5℃/min的升温速率加热至烧结温度，避免温度升过快导致X8R型多层陶瓷电容器瓷料块体开裂，影响X8R型多层陶瓷电容器瓷料块体的进一步使用。并且，适宜的升温速率，能够在减小耗能的同时使得待烧结坯体中的相应添加剂均具有适宜的条件进行相应的扩散取代反应，以提高烧结制得的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的质量。
结合第二方面，在本申请第二方面的第五种可能的实施方式中，待烧结坯体还包括助烧剂。
在上述实现过程中，在待烧结坯体中添加助烧剂，以促进扩散和烧结反应速度，降低烧结温度，抑制晶粒生长，以便于在较低的温度下烧结获得更高质量的X8R型多层陶瓷电容器瓷料。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为实施例4提供的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的TEM图；
图2为实施例6提供的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的TEM图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的X8R型多层陶瓷电容器瓷料及其制备方法具体说明：
多层陶瓷电容器(MLCC)是当今电子系统中一类重要电子元器件，主要用于诸如手机、电脑等民用电子设备以及石油勘探、航空航天、军工领域中。然而，随着航空航天、汽车工业、军用移动通讯等特殊领域的应用与发展，对MLCC的工作温度上限要求越来越高。
发明人认为，多层陶瓷电容器的性能主要受电容器介质材料的影响。目前广泛应用的MLCC电介质陶瓷的研究体系主要包括3类，即铅基复合钙钛矿体系、钨青铜结构体系、钛酸钡体系。其中，BaTiO3基X7R(-55℃～+125℃，ΔC/C25℃≤±15％)型MLCC材料的配方及制备工艺已经十分成熟，但是X7R型MLCC的工作温度范围为-55～+125℃，难以满足实际应用的需求，因此亟需开发出具有更高温度上限的MLCC用介质材料。
基于此，发明人提供了一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料的制备方法，包括：
S1、获得待烧结坯体。
待烧结坯体中含有主成分和添加剂，主成分为0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3，添加剂包括Bi2O3、MgO、R1的氧化物以及R2的氧化物，R1和R2选自不同的稀土元素；其中，Bi2O3与主成分的摩尔比值为0.01～0.03，MgO与主成分的摩尔比值为0.01～0.025，R1的氧化物与主成分的摩尔比值为0.005～0.02，R2的氧化物与主成分的摩尔比值为0～0.02。
通过限制主成分和添加剂的成分及含量，使得获得的多层陶瓷电容器瓷料能够符合EIA X8R标准(-55～150℃，△C/C25℃≤15％)，且室温介电损耗低于2％。
本申请不限制添加剂含量的具体数值，相关人员可以在上述相应的限制范围内任意选取。在一些可能的实施方式中，Bi2O3与主成分的摩尔比值例如但不限于为0.01、0.02、0.025、0.028和0.03中的一者或任意两者之间的范围；MgO与主成分的摩尔比值例如但不限于为0.01、0.015、0.018、0.02和0.025中的一者或任意两者之间的范围；R1的氧化物与主成分的摩尔比值例如但不限于为0.005、0.01、0.015、0.019和0.02中的一者或任意两者之间的范围；R2的氧化物与主成分的摩尔比值例如但不限于为0、0.005、0.01、0.015、0.019和0.02中的一者或任意两者之间的范围。
在一种可能的实施方式中，可以适当增加Bi2O3的掺杂量，例如，可以将Bi2O3与主成分的摩尔比值限制为0.025、0.026、0.028和0.03中的一者或任意两者之间的范围，以进一步提高体系的常温介电常数。
可选地，可以适当减少MgO的含量，MgO与主成分的摩尔比值可以为0.01、0.011、0.012、0.013和0.015中的一者或任意两者之间的范围，使X8R型多层陶瓷电容器瓷料的常温介电常数更高、温度稳定性范围更宽，使电介质具有良好的绝缘特性。
进一步可选地，可以适当降低R1的氧化物的含量，将R1的氧化物与主成分的摩尔比值限制为0.005、0.008、0.01、0.013和0.015中的一者或任意两者之间的范围，以避免X8R型多层陶瓷电容器瓷料中生成R1的第二相，进而提高X8R型多层陶瓷电容器瓷料的常温介电常数、降低介电损耗。
示例性地，可以将Bi2O3与主成分的摩尔比值限制为0.025，将MgO与主成分的摩尔比值为0.015，将R1的氧化物与主成分的摩尔比值限制为0.015。
本申请不限制R1和R2的具体选择，相关人员可以保证添加剂中至少包含一种稀土元素的氧化物且满足适宜含量(至少含有一种与主成分的摩尔比值范围为0.005～0.02稀土元素)的情况下，进行相应的调整。
在一些可能的实施方式中，R1的氧化物选自Eu、Dy、Gd、Ho和Y中的一种或几种稀土族元素的氧化物。R2的氧化物包括Nd、Pr和Sm中的一种或几种稀土族元素的氧化物。
示例性地，R1的氧化物可以选自Y2O3和Ho2O3两种，R2的氧化物可以选自Nd2O3。或者，R1的氧化物可以选自Gd2O3，R2的氧化物可以选自Nd2O3和Sm2O3两种。
本申请不限制待烧结坯体如何制备，相关人员可以在保证待烧结坯体中含有上述比例的主成分和添加剂的情况下，进行相应的调整。
在一些可能的实施方式中，待烧结坯体的制备方法包括：
将按照摩尔比称取的Na0.5Bi0.5TiO3粉体和相应添加剂粉体倒入球磨罐中，球磨一定时间后取出混合粉体。向混合粉体中添加造粒剂进行造粒，并对造粒后的混合粉体进行压制，获得具有一定形状和一定密度的待烧结坯体。
本申请不限制如何使0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体和相应添加剂粉体混合均匀，相关人员可以根据需要进行相应的调整。例如，利用滚筒式球磨机、行星式球磨机或真空球磨罐等对按照比例称取的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体和相应添加剂粉体进行混合。
本申请不限制待烧结坯体是否为具有一定形状和密度的块体，相关人员可以根据需要进行相应的调整。在一些可能的实施方式中，可以直接将混合后的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体及相应添加剂粉体进行下一步的烧结步骤(即本申请不限制待烧结坯体是否为压制的块体，待烧结坯体可以为粉体)。
进一步地，本申请不限制对混合粉体进行压制前是否需要进行造粒操作以及选择何种造粒剂。在一种可能的实施方式中，可以直接将经过球磨后的混合粉体进行压制。或者，对球磨后的混合粉体中添加入10wt％聚乙烯醇(PVA)水溶液进行人工造粒或利用造粒机进行造粒。
进一步地，本申请不限制如何对混合粉体进行压制，相关人员可以根据需要进行相应的调整。在一些可能的实施方式中，可以利用压片机对混合粉体进行预压，然后利用冷等静压机对预压后的坯体进行第二次压制，以使得待烧结坯体中的粉体受力更加均匀，具有更高的初始致密度，以避免待烧结坯体在后续烧结步骤中发生开裂、变形等影响烧结后坯体的质量。
进一步地，本申请不限制压制后的待烧结坯体的具体形状，相关人员可以根据对X8R型多层陶瓷电容器瓷料形状的需求进行相应的选择。在一些可能的实施方式中，待烧结坯体可以为任意厚度的圆片形或圆柱形、多变棱形或者其它异形结构。
本申请不限制上述主成分和添加剂如何获得，相关人员可以根据需要进行相应的选择。在一种可能的实施方式中，0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3主成分粉体的制备方法包括：
第一步，按照1：1：4的摩尔比称取Bi2O3粉体、Na2CO3粉体和TiO2粉体，球磨制得第一混合粉体；将第一混合粉体放置于800～1000℃的温度下烧结2～3h，获得Na0.5Bi0.5TiO3粉体。
第二步，按照9：1的摩尔比称取BaTiO3粉体和Na0.5Bi0.5TiO3粉体，球磨制得第二混合粉体；将第二混合粉体放置于900～1000℃的温度下烧结2～3h，获得0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体。
示例性地，第一步中，可以将第一混合粉体放置于包括但不限于800℃、810℃、850℃、880℃、900℃和1000℃中的一者或任意两者之间的范围。第一混合粉体的烧结时间包括但不限于2h、2.1h、2.5h、2.9h和3h中的一者或任意两者之间的范围。
示例性地，第二步中，可以将第二混合粉体放置于包括但不限于900℃、910℃、950℃、980℃和1000℃中的一者或任意两者之间的范围。第二混合粉体的烧结时间包括但不限于2h、2.1h、2.5h、2.9h和3h中的一者或任意两者之间的范围。
本申请不限制在第一步中如何混合Bi2O3粉体、Na2CO3粉体和TiO2粉体以获得第一混合粉体。在一种可能的实施方式中，将称取后的Bi2O3粉体、Na2CO3粉体和TiO2粉体倒入行星式球磨机的球磨罐中，再加入一定质量的无水乙醇和氧化锆球磨子进行球磨混合。球磨混合时的转速可以设置为包括但不限于200rpm/min、220rpm/min、230rpm/min、240rpm/min或260rpm/min。球磨时间可以设置为包括但不限于10h、11h、12h、13h或15h。
进一步地，为了获得干燥的第一混合粉体，可以将球磨罐中经过球磨后的粉体倒出，然后放入干燥箱中进行干燥。
本申请不限制第二步中如何获得BaTiO3粉体。在一种可能的实施方式中，BaTiO3粉体可以选择商业的通过水热法合成的BaTiO3粉体。为了提高制备得到的0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体的质量，可以选择颗粒尺寸包括但不限于为100nm、200nm、300nm、500nm或者1μm的BaTiO3粉体。相应地，可以对第一步中获得的Na0.5Bi0.5TiO3粉体进行过筛，以选取粒径相对较小的Na0.5Bi0.5TiO3粉体。
本申请不限制在第二步中如何混合Na0.5Bi0.5TiO3粉体和BaTiO3粉体以获得第二混合粉体，相关人员可以参照第一步中的混粉方式进行混合。
为了降低待烧结坯体后续的烧结温度、促进到待烧结坯体形成X8R型多层陶瓷电容器瓷料，示例中，待烧结坯体中还添加有助烧剂，如硼锌助烧剂。
S2、烧结步骤
将S1获得的待烧结坯体放置于预设温度下烧结预设时间。其中，预设温度的范围为1160～1200℃，预设时间的范围为2～3h。
示例性地，预设温度包括但不限于1160℃、1165℃、1180℃、1190℃和1200℃中的一者或任意两者之间的范围。
示例性地，预设时间包括但不限于2h、2.1h、2.5h、2.9h和3h中的一者或任意两者之间的范围。
本申请不限制如何将待烧结坯体放置于预设温度下进行烧结。在一种可能的实施方式中，可以将待烧结坯体以3～5℃/min的升温速率加热至预设温度。示例性地，升温速率包括但不限于3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min中的一者或任意两者之间的范围。或者，直接将待烧结坯体放置于预设温度下进行烧结。但是直接将待烧结坯体放置于预设温度下，可能会存在坯体开裂、增加操作难度或导致加热炉损坏等情况。
待烧结坯体中可能会存在造粒剂，示例中，为了避免造粒剂在烧结过程中影响X8R型多层陶瓷电容器瓷料的质量，在S2烧结步骤中还可以进行排胶处理。
示例性地，在S2烧结步骤中进行排胶处理的方法包括：将待烧结坯体以3～5℃/min的升温速率加热至600℃～800℃温度下，保温2～3h进行排胶，然后再以3～5℃/min的升温速率加热至预设温度下烧结预设时间。
示例中，排胶处理的温度包括但不限于600℃、650℃、700℃、750℃和800℃中的一者或任意两者之间的范围；排胶处理时的保温时间包括但不限于2h、2.1h、2.5h、2.9h和3h中的一者或任意两者之间的范围。排胶处理前后的升温速率可以不同，例如，以5℃/min的升温速率加热至800℃进行排胶，在800℃保温3h后，再以3℃/min的升温速率加热至1160℃进行烧结。
本实施方式还提供了一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料，根据上述X8R型多层陶瓷电容器瓷料的制备方法制得。
以下结合实施例对本申请的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例1提供了一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料，通过如下步骤制得：
步骤1、合成0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体
按照1：1：4的摩尔比分别称取一定质量的Bi2O3、Na2CO3和TiO2粉体，将上述称取后的粉体放入球磨罐中，再在球磨罐中加入一定质量的无水乙醇和氧化锆球磨子。其中粉料：无水乙醇：氧化锆球的质量比为1：2：3。将球磨罐放入行星式球磨机后，在240rpm/min的转速下球磨12h。球磨结束后，将浆料放入干燥箱中80℃充分干燥，然后研磨过80目筛，最后将所得粉体在900℃下煅烧3小时即可得到Na0.5Bi0.5TiO3粉体。
然后，按照9：1的摩尔比分别称取平均粒径为200nm的BaTiO3和Na0.5Bi0.5TiO3粉体，加入球磨罐中。在球磨罐中加入一定质量的无水乙醇作为球磨介质，再加入氧化锆球，其中球料质量比为1：3。将球磨罐放在行星式球磨机中以200rpm/min的转速球磨24h，球磨结束后将浆料放入干燥箱中于80℃充分干燥。然后研磨过80目筛，再将所得粉体在1000℃下煅烧3h，即可得0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体。
步骤2、获得待烧结坯体
按表1的比例称取主成分及各添加剂，以无水乙醇为介质，球磨混合12h，烘干后过筛得到混合粉体。在混合粉体中加入10wt％聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，研磨过80目筛造粒。将造粒后的粉体在5MPa压力下压制成直径10mm、厚度1.5mm的圆片样品。
步骤3、烧结
将步骤2获得的圆片样品以5℃/min的升温速率加热至800℃，保温2h进行排胶；然后以5℃/min的升温速率加热至1180℃温度下烧结2h成瓷。
实施例2～5
本实施例2～5与实施例1的区别在于：分别按照表1的比例称取主成分及各添加剂。
表1
Figure BDA0003593091830000141
实施例6和7
实施例6和7与实施例4的区别在于：实施例6和7的烧结温度分别为1160℃和1200℃。
对比例1～3
对比例1～3与实施例1的区别在于：对比例1～3中的Bi2O3与主成分的摩尔比值分别为0.01、0.03、0.04。具体成分如表2所示。
表2
Figure BDA0003593091830000151
对比例4～7
对比例4～7与实施例4的区别在于：对比例4～7中的MgO与主成分的摩尔比值分别为0.01、0.015、0.025和0.03。具体成分如表3所示。
表3
Figure BDA0003593091830000152
实验例
(1)对实施例1～7和对比例1～7烧结后所获得的陶瓷圆片进行抛光、烧银，测量其介电性能，结果如表4所示。
表4
Figure BDA0003593091830000153
Figure BDA0003593091830000161
结果分析：
实施例1～7中所有样品的室温介电损耗都小于2％，可有效避免MLCC在长时间工作时的发热失效，并降低能量损失。且实施例1～7中所有样品的温度特性均符合EIA X8R标准(-55～150℃，△C/C25℃≤15％)。
实施例1的常温介电常数比实施例2的常温介电常数低，说明R1的含量不宜过高，过量的R1可能在样品中生成第二相；从实施例1和实施例3的常温介电常数的对比可以说明，MgO的掺杂量不宜过多；从实施例1和实施例4的对比可以说明，适当增加Bi2O3的掺杂量可提高体系的常温介电常数。
对比实施例4、实施例6和实施例7，可以看出，一定范围内提高烧结温度可以提高室温介电常数，但过高的烧结温度会使掺杂剂扩散取代反应过度，破坏了“芯-壳”结构，使常温介电常数降低。
根据实施例4与从对比例1～3的介电性能数据可知，Bi2O3与主成分的摩尔比值的范围为0.01～0.03时，电学性能良好，符合EIA X8R标准。而当Bi2O3与主成分的摩尔比值为0.04时，样品在低温段的介电损耗过大，介温特性恶化。
根据实施例4与从对比例4～7的介电性能数据可知，MgO与主成分的摩尔比值的范围为0.01～0.025时，电学性能良好，符合EIA X8R标准。而当MgO与主成分的摩尔比值为0.03时，获得的样品的常温介电常数较小。
(2)利用透射电子显微镜对实施例4和实施例6获得的样品进行微观形貌分析，结果如图1和图2所示。其中，图1为实施例4中烧结温度为1180℃的样品的TEM图，图2为实施例6中烧结温度为1160℃的样品的TEM图。
结果分析：原料中的Bi2O3和MgO有液相助烧的作用。Bi2O3和MgO与钛酸钡相比其熔点很低，在陶瓷的烧结过程中，当温度超过Bi2O3和MgO的熔点后，Bi2O3和MgO会转变为液相“包覆”在钛酸钡晶粒的外围，使晶粒外形趋于光滑圆润，陶瓷的致密度提高。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X8R型多层陶瓷电容器瓷料，其特征在于，包括主成分和添加剂，所述主成分为0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3，所述添加剂包括Bi2O3、MgO、R1的氧化物和R2的氧化物；所述R1和所述R2选自不同的稀土元素；
其中，所述Bi2O3与所述主成分的摩尔比值为0.01～0.03，所述MgO与所述主成分的摩尔比值为0.01～0.025，所述R1的氧化物与所述主成分的摩尔比值为0.005～0.02，所述R2的氧化物与所述主成分的摩尔比值为0～0.02。
2.根据权利要求1所述的X8R型多层陶瓷电容器瓷料，其特征在于，所述R1的氧化物包括Eu、Dy、Gd、Ho和Y中的一种或几种稀土族元素的氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的X8R型多层陶瓷电容器瓷料，其特征在于，所述R2的氧化物包括Nd、Pr和Sm中的一种或几种稀土族元素的氧化物。
4.根据权利要求3所述的X8R型多层陶瓷电容器瓷料，其特征在于，所述Bi2O3与所述主成分的摩尔比值为0.025～0.03，所述MgO与所述主成分的摩尔比值为0.01～0.015，所述R1的氧化物与所述主成分的摩尔比值为0.005～0.015。
5.一种根据权利要求1所述的X8R型多层陶瓷电容器瓷料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
获得待烧结坯体，所述待烧结坯体包括按照摩尔比称取的所述主成分和所述添加剂；
烧结步骤：将所述待烧结坯体放置于预设温度下烧结预设时间；所述预设温度的范围为1160～1200℃，所述预设时间的范围为2～3h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述主成分的制备方法包括：
按照1：1：4的摩尔比称取Bi2O3粉体、Na2CO3粉体和TiO2粉体，球磨制得第一混合粉体；将所述第一混合粉体放置于800～1000℃的温度下烧结2～3h，获得Na0.5Bi0.5TiO3粉体；
按照9：1的摩尔比称取BaTiO3粉体和所述Na0.5Bi0.5TiO3粉体，球磨制得第二混合粉体；将所述第二混合粉体放置于900～1000℃的温度下烧结2～3h，获得0.9BaTiO3-0.1Na0.5Bi0.5TiO3粉体。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述待烧结坯体的制备方法包括：
对按照摩尔比称取的所述主成分和所述添加剂依次进行球磨和造粒，制备得第三混合粉体；对所述第三混合粉体进行压制，制得所述待烧结坯体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烧结步骤还包括排胶处理：
将所述待烧结坯体放置于600～800℃温度下保温2～3h，然后在所述预设温度下烧结所述预设时间。
9.根据权利要求5或8所述的制备方法，其特征在于，所述烧结步骤中，将所述待烧结坯体以3～5℃/min的升温速率加热至所述预设温度。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述待烧结坯体还包括助烧剂。
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